主张废科举
身处封建王朝的统治阶层中，严修目睹了西方列强对中国一次又一次的强迫凌辱以及朝廷内部顽固势力的腐朽、懦弱，特别是甲午战争的失败，更使他深深感到要扭转国家内忧外患的不利局面已经刻不容缓。正当忧国忧民的严修为国家的生死存亡而寝食难安的时候，康有为和梁启超等维新派人士的呼声给他带来了一片曙光。《公车上书》中的变法维新思想使严修产生了灵感，他看到“科举之弊，人才之衰，至今斯极！”而“不此之务，势将不拯”。他认定只有通过改变中国科举教育制度，同时建立一套新的人才选拔体制的方式，才能让处在风雨飘摇中的国家重获生机。从而他得出结论：“欲强中国，必须变法维新；而变法维新，则非创办新教育不可。”而办新教育，需学习西方，“近来时局月异日新，泰西诸学俱为当务之急”。因此，他特意找来了康有为的《公车上书》原文认真阅读；读后深受鼓舞，并给予了极高的评价。
严修认为，“天下事莫难于发难”，又谓：“方今之势，非自强不能自存，非人才不能自强，非讲学不能育才，尤非尽人皆冥志朴学不能有成，而济时艰”。1897年，在贵州学政已届任满之时，他决心做最后一次努力，上书光绪帝，奏请开设“经济”特科，以挑战八股取士。严修用了一个多月的时间，五易其稿，于1897年将《奏请设经济专科折》拜发，喊出了国人要求维新变法的第一声。严修在奏折中深刻指出，“今人才凋乏，患伏无形，而科举既未能骤变”，因此“非有旷世非常之特举，不能奔走乎群才；非有家喻户晓之新章，不能作兴乎士气。”同时建议“统立经济之专名，以别旧时之科举”。
这里所说的“经济”并不是通常意义上所指的经济学，而是“经世致用”的一种表达方式。这个“经济”指的是“经国济民”，也就是治理国家的意思。严修提出开设“经济”特科的目的非常明显，那就是要选拔和培养具有实用价值的人才，而不是旧式的封建官僚。严修的奏折中主要包括六方面的内容，第一便是“设立实用学科”，培养“周知天下郡国利病”者，“熟谙中外交涉”者，“算学译学擅绝专门”者，“格致制造能创新法”者，“堪游历之选”者，“工测绘之长”者，即具有政治、外交、算学、法律、机械制造、工程设计等专门知识的人，予以量材取用，同于正途。严修在奏章中提议的都是当时国家发展所必需的自然科学技术以及社会科学，而这些新式学科在以往的科举取士中是难以得到体现的。同时他还规定“去取无限额数”，“录用无拘资格”，“赴试宜筹公费”，俾天下有志之士“争自濯磨，翕然奋兴”。为了减少阻力，防止幸进，他又提出“责成内外诸臣搜访保送，蔽贤者惩处，荐贤者上赏”。他认为若能以此取士，自然会“百才绝艺，咸入彀中，得一人即获一人之用”。
严修提倡的开经济特科一举在他的一生中，在中国近代教育史上都占有一定的地位。这个奏折充分体现了他在选拔人才问题上的改革、求实、自强精神，切中科举制度迂腐空疏的积弊，打破了八股取士的唯一渠道，为新兴的有维新思想与技能的人跻身政治舞台打开了一线通道，为中国近代教育的发展起到了推波助澜的作用。虽然由于戊戌变法的失败，他的理想未能立刻实现，但是其为建立新式教育所做的努力得到了很多维新派进步人士的肯定，同时也对今后的教育改革起到了示范作用。
敦品励行，讲求实用
《马关条约》的签订给严修带来了很大的刺激，他认识到旧的教育制度和内容无裨实际，不足以育人，因此倡导“敦品励行，讲求实用”的教育思想。他说：“士生今日，不通中学则体不立，不兼西学则用不周；讲中学以通经致用，讲西学以强国富民。”1894年11月，他就任贵州学政。任职期间，他崇实学、育真才，锐意改革，显示了卓越的器识与才华。他一上任即巡赴各州县命题课士，出有辨志、明师、评文、匡时四题，要求考生打破迷信，敢于向权威挑战，勇于接受新事物，各抒己见，“在万马齐喑的当时，夜郎古国的当地，他的思想犹如木铎晨钟”。之后，严修又发出了《劝学示谕》，这是他一向所主张的为学要旨。在文中他针砭时弊，要求诸生抛弃学用脱节、言行不一的做法，而反己自证，即联系思想实际，作自我批评与检查，用生活的实践来检验学习的成果，在学习态度和方法上来一个彻底的改变。
1897年3月，严修改学古书院为“贵州经世学堂”，实行中、西学并课（同时学）制，亲为书院捐出廉银，购置西学书籍，选调高材生和主持西学的讲授。后又仿效各省设立学会之先例，在学古书院组织起黔学会。考试科目除经史外，还有算学。开设的课程有经史、格致、算学、英文。学生均住校，学习以自学为主，采用日记形式，对学生进行综合考核。在科举未废的当时，这样一所中西混合的学校正是严修创办新教育的一个最初尝试。
教师教育
严修对封建科举教育制度中的师官合一以及旧教育的内容和方法都提出了很多不同的见解。严修反对教师官僚化的封建旧制，提出教师专业化的观点。另外，他对科举教育中呆板过时的教育内容和简单粗暴的教育方法也颇为不满。针对这些弊端，严修提出，在发展新教育的过程中，第一位的就是师资教育。他认为，师范教育是发展其他各类教育的基础，必须给予重视。因此，在创办新教育的过程中，他把师资培训作为重点。为培育师资和提高教学质量，严修先后创办了补习所、师范讲习所、研究所，或派人出洋，或于晚间及每周末召集各校教师，研究改进课程及教学方法。补习所设文、理、法、商等实用学科，聘张伯苓、金邦平等十余位新派人士担任教师。严修经常到场旁听，并亲自审阅教材和课业。
他还特别注意教育者为人师表的作用，如1914年5月致陈宝泉函中所说：“小学教员之责任，其重可知矣！吾津小学教员肯研究者少，且染于习俗，以赌博、冶游为乐者，亦时有所闻。道德堕落，何以表率生徒？精神疲敝，何以勤思职务？为学务委员者，固不应持放任主义，而凡我津人，曾在学界有一日之关系者，均不可不筹挽救之术也。”他建议筹设一教员俱乐部，内设小型博物馆、图书馆与各种音、体娱乐之具，使能“一面陶冶性情，以替其般乐佚游之习，一面补充学识，以裕其教授训练之资”。他还拟出一份小学教员应读书目，使他们知所取裁。
女子教育